基于波-流耦合模型的珠江口悬浮泥沙数值模拟

为研究珠江口悬浮泥沙输运动力机制,本文发展了一套三维波、流、泥沙耦合数值模型。模型结果与观测数据吻合较好,统计显示模型获得良好的评分分值。利用数值模拟研究了不同强迫（径流,波浪和风）对珠江口中悬浮泥沙的影响。模型结果表明,河口重力环流对珠江口最大浑浊带的发展起着重要作用,特别是在小潮期间。另外,径流的增加可导致泥沙向海输运。底部的悬浮泥沙浓度随着波浪底部轨迹速度和波高的增大而增加。由于西滩水深较浅,波浪对西滩悬浮泥沙的影响大于东槽。西南风引起的波浪对悬沙的影响大于东北风引起的波浪的影响,而东北风致流对悬沙的影响略大于对西南风致流的影响。在其他条件相同情况下,稳定的西南风比稳定的东北风更有利于伶仃洋悬浮泥沙浓度的增加;在稳定的西南风下,伶仃洋平均悬浮泥沙浓度约为稳定东北风下的1.1倍。     

丰水期珠江口黏性泥沙输运的三维数值模拟

珠江口的黏性泥沙输运对区域海洋工程和河口海洋环境有着重要的影响。本文利用SELFE模型,针对珠江河口海域建立了一个采用非结构三角形网格的三维斜压水动力模型,可耦合模拟海流、潮流及风海流水动力环境,并在此基础上开发了包括底床模块的黏性泥沙输运模型。模拟结果与实测值验证较好,再现了丰水期珠江河口的泥沙输运特征以及最大浑浊带的变化和分布特点。研究表明,丰水期珠江口悬沙质量浓度西侧大于东侧,泥沙主要来自河口上游。河口浅滩上会形成最大浑浊带,最大质量浓度可达0.5 g/L。珠江口最大浑浊带的形成主要受潮动力、重力环流及泥沙再悬浮和沉积过程影响,其中泥沙再悬浮和沉积过程对中滩的最大浑浊带影响显著,而重力环流作用对西滩的最大浑浊带影响显著。     

基于MODIS数据的珠江口悬沙扩散形态对风和径流的响应

Cloud-free moderate-resolution imaging spectroradiometer(MODIS) images of the Zhujiang(Pearl) River Estuary(ZRE) taken between 2002 and 2012 are retrieved and used to study the spatial and temporal patterns of suspended sediment concentrations(SSCs) across the estuary under runoff, wind, and tropical storm conditions.Five typical dispersal patterns of suspended sediments in the estuary are defined: Case I shows generally low SSCs under low dynamics; Case Ⅱ shows a river-dominant dispersal pattern of suspended sediments from the outlets,particularly from Modaomen, Jiaomen, Hengmen, and others; Case Ⅲ shows wind-dominant dispersal of high SSCs derived from the west shoal and southwesterly transport under a strong NE wind; Case IV is the combination of relatively large runoff and wind; and Case V is caused by a strong tropical storm with high river discharge and wind, which is characterized by the high SSCs across the entire estuary that are transported eastward by winddriven and buoyancy currents outside the estuary. Runoff is a dominant factor that controls seasonal and annual SSC variations in the ZRE, with the area of high SSCs being largest in the summer and smallest in the spring. The correlation coefficients between the monthly averaged river-suspended sediment discharge and the area of the high SSCs are approximately 0.6. The wind power over the west shoal increases with a wind speed, which induces more sediment resuspension and shows a close relationship between the wind speed and high SSC area.     

珠江口最大浑浊带的形成与季节变化

应用Delft3D研究了珠江口最大浑浊带的分布以及影响因素。盐度和悬沙浓度的垂向分布揭示出最大浑浊带范围的变化。最大浑浊带在干季的悬沙浓度比湿季更大,而其中心位置与湿季相比向上游移动10 km。最大浑浊带的形成受到潮汐、径流和地形的综合影响,而沉积物的再悬浮和垂向环流为影响最大浑浊带的主要因素。     

Contrasts between estuarine and river systems in near-bed turbulent flows in the Zhujiang (Pearl River) Estuary, China

A bottom-mounted instrumental tripod was deployed in the tidally energetic Zhujiang (Pearl River) Estuary to examine the contrasting properties of the bottom boundary layer (BBL) flows between estuarine and tide-affected river systems. Three aspects of the BBL flows were investigated to understand the mechanism of the turbulence responses to the large-scale ambient forcing: the flow structures (profile, anisotropy, and spectra), shearing strains and stresses, and the balance of turbulent kinetic energy (TKE). Single log-law profiles and turbulence anisotropy predominated in the two systems, but the non-log regime and stronger anisotropy occurred more frequently at the slack tide in the estuary. The ADV-based turbulence intensities and shearing strains both exceeded their low-frequency counterparts (frictional velocities and mean shears) derived from the logarithmic law. On the contrary, the ADV-based Reynolds stresses were smaller than the log profile-derived bottom stresses, so the hypothesis of a constant stress layer cannot be well satisfied, especially in the river. The bandwidth of the inertial subrange in the river was of one decade larger than in the estuary. The balance between shear production and viscous dissipation was better achieved in the straight river. This first-order balance was significantly broken in the estuary and in the meandering river, by non-shear production/dissipation due to wave-induced fluctuations or salinity/sediment stratification. All these disparities between two systems in turbulence properties are essentially controlled by the anisotropy induced by the large-scale processes such as secondary currents, density stratification. In conclusion, the acceleration of unsteady flows determines the profile structure of the BBL flow, and turbulence anisotropy results in the invalidation of the phenomenological relations such as the constant stress hypothesis and the first-order TKE balance.     

枯季珠江河口悬浮泥沙絮凝沉降特征的观测与分析

2000年1月,利用L ISST-ST现场激光粒度沉速仪,对珠江河口悬浮泥沙的现场粒级与沉速特征进行观测和分析,结果表明:珠江河口悬浮泥沙絮凝沉降特征具有复杂的时空变化,悬浮泥沙颗粒现场中值粒径为10~96μm,各粒级颗粒的现场中值沉速为0.001~0.02 cm/s,并可用关系式iω=k.din(0.29相似文献   

椒江河口洪季最大浑浊带核部的悬沙分选机制

以实测悬沙粒径、流速、含沙量资料为基础,通过悬沙不同粒级组分、中值粒径以及粒度参数的统计,分析椒江河口最大浑浊带核部悬沙粒径分布变化特性。研究表明,悬沙粒径分选主要受物质来源、潮流动力作用下底部部分物质再悬浮和絮凝沉降3个因素的影响。其中第二个因素起主导作用,大潮期比小潮期显著,第三个因素的作用主要发生在涨落憩前后低流速期,并在表层较近底层的水体明显。     

珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式

利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究。研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rr s(λ2)-Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好,其中Rrs(λ)代表遥感反射率,λ代表波长,λ1=762.6 nm,λ2=559.09 nm,λ3=772.78 nm,建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式,该模式的均方根误差为4.67 mg/L,可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测。     

珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。     

基于ADV声学泥沙反演与扩散机制分析

利用座底三脚架观测系统于2012年洪季对珠江黄茅海河口湾底边界层沉积动力过程进行了系统观测,建立了基于现场ADV探测的高频泥沙声学反演方法,分析了泥沙浓度、泥沙扩散通量及泥沙扩散系数随潮汐变化的特征,探讨了泥沙再悬浮的湍流猝发机制。泥沙浓度、泥沙扩散通量、涡动扩散系数及泥沙扩散系数具有明显的潮汐变化特征,主要表现为急流时较大、憩流时较小。泥沙沉降速度与泥沙浓度之间的幂函数关系可以很好地描述潮周期内沉降速度的变化。湍流猝发过程中,喷射和扫射事件是泥沙垂向扩散的主要动量来源,大振幅的猝发事件对泥沙垂向扩散具有决定性影响。     

基于遥感反演的珠江河口表层悬沙浓度分位数趋势分析 *

利用中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)一级产品并结合航次数据, 反演2003—2015年间珠江河口表层悬浮泥沙浓度(suspended sediment concentration, SSC), 分析其分位数长期变化趋势并探讨其影响因素。结果表明, 珠江河口SSC呈总体下降趋势, 平均下降速率约为1.03mg·L ^-1·yr ^-1。口门外以及河口东北部区域平均SSC下降更快, 最高可达约4.0mg·L ^-1·yr ^-1。总体上, 珠江河口SSC高值下降速率大于低值, 且存在空间差异性。低值下降趋势显著地区主要分布在淇澳岛北部的口门外区域, 其SSC大小值之间的差异逐年增加; 而高值下降速率快的地区主要分布在虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域, SSC每年大小值差异呈减小趋势。珠江河口SSC分位数趋势受径流输沙量、河口地形变化以及风的影响。由水库修建所致的上游输沙量减少导致淇澳岛北部口门外区域SSC的低值部分显著下降。虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域的加深使得这些区域SSC高值部分下降显著, 而西滩区域的变浅使得冬季潮汐混合减弱, 导致SSC高值部分下降趋势显著。此外, 由风速下降引起的表层风混合减弱也是导致西滩南部SSC高值下降趋势显著的原因之一。     

2015年7月珠江口逆温现象的观测与分析

根据珠江口2015年7月6日至17日航次的CTD（conductivity, temperature, and depth）观测结果,分析得到：珠江口附近海域存在海水的垂向逆温现象,逆温差平均值为0.42 oC,上界深度在1 m-6 m间,下界深度在3 m-10 m间,逆温层平均厚度约为4 m。根据时空分布差异的不同,逆温现象可区分为以下三种情况：（1）在狮子洋、太平水道和蕉门水道的出口汇集处,存在温、盐差异的不同水体的交互过程中,由于潮汐和径流的作用所形成的水平流场差异导致了垂向温度的逆转现象。（2）在珠江口西侧的盐度锋面区域附近,第一航段观测期间锋面内侧低盐水团的温度低于锋面外侧高盐水团约2 oC,此时可观测到逆温现象;但在同一区域的第二航段观测期间由于河口内表层水温的上升,导致了逆温现象消失。该区域盐度锋面附近的两个水团在锋面位置附近发生叠置,冲淡水覆盖于海水之上,两个水团的温、盐差异是温度逆转现象的主因。（3）香港西南侧的上升流区域与盐度锋面的相互作用导致了该区域逆温现象的产生。     

Chemometric study of spatial variations of environmental and ecological characteristics in the Zhujiang River (Pearl River) Estuary and adjacent waters

Chemometric approach based on principal component analysis (PCA) was utilized to examine the spatial variances of environmental and ecological characteristics in the Zhujiang River (Pearl River) Estuary and adjacent waters (ZREAW) in the South China Sea. The PCA result shows that the ZREAW can be divided into different zones according to the principal components and geographical locations of the study stations, and indicates that there are distinct regional variances on environmental features and the corresponding phytoplankton biomass and community structures among different areas. The spatial distribution of ecological features was implied to be influenced by various degrees of the different water resources, such as the Pearl River discharges, the coastal current and the oceanic water from the South China Sea. The variation of the biomass maximum zone and the complex impacts on the spatial distributions of phytoplankton biomass and production were also evaluated.     

夏季珠江口溶解氧垂向输运数值模拟研究

通过建立一个珠江口三维水质模型,对夏季珠江口溶解氧垂向输运进行研究。结果表明:潮汐、风及上升流间歇性破坏层化,令溶解氧垂向对流及扩散通量的方向和大小随潮汐发生周期性变化。在西四口门海域,由于水体层化稳定,垂向上对流及扩散作用产生的溶解氧输运通量都较小,且相互平衡;在伶仃洋内的深槽,径流与潮汐的相互作用强烈,层化被间歇性地打破,溶解氧的垂向对流通量大于扩散通量,导致底层溶解氧浓度产生波动;在伶仃洋内的西部浅滩上,层化相对稳定,溶解氧的垂向扩散通量大于对流通量。这表明在珠江口不同区域,垂向的对流扩散作用对溶解氧垂向输运起不同作用,从而影响表底层溶解氧的浓度。     

珠江口磨刀门泥沙絮凝特征

本文利用激光粒度仪实测得到珠江口磨刀门河口2013年夏季悬浮泥沙现场絮凝及絮凝体特征,同时对比悬沙分散粒径和含沙量,研究表明:悬沙分散粒径平均值为27.9μm,现场实测絮团粒径平均值为91.6μm,表明磨刀门口外的悬浮泥沙絮凝现象显著;实测絮团平均粒径变化范围为13.0~273.8μm,小潮期间絮团粒径平均值为131.5μm,大于大潮平均值76.9μm;絮凝体粒径在垂向上的变化表现为由表及底先变大再变小。絮团体积浓度、沉速与粒径的关系在不同情况下有差异,体积浓度和絮团粒径在表层和中层有明显正相关关系,絮团沉速在大潮时刻随着粒径的增大而增大。综合分析影响絮凝的因素,得知在珠江口盐度对于絮团大小影响不明显;而流速大小的差异是影响大小潮之间絮团大小不同的主要因素。研究结果有助于了解珠江口细颗粒泥沙输移特性和相关生物化学过程。     

长江口北槽口外悬沙浓度垂线分布的数学模拟

利用垂向一维悬沙运动模型,对长江口北槽口外大、小潮悬沙浓度垂线分布进行模拟,模拟结果同“六点法”实测值拟合较好,表明影响悬沙浓度垂线分布的主要因素为悬沙垂向扩散及絮凝沉降作用。     

珠江黄茅海河口洪季侧向余环流与泥沙输移

2012年洪季对珠江黄茅海河口湾侧向动力结构与泥沙输移过程进行了系统观测,采用动量平衡和泥沙通量机制分解等方法,分析了河口流、温盐和泥沙侧向分布特征以及泥沙输移过程,探讨了侧向动量平衡与泥沙输移机制。洪季黄茅海河口存在明显的侧向流,西滩和北槽均形成表层向东、底层向西的两层侧向流,拦门沙滩顶呈现表、底层向西、中层向东的三层侧向流,而拦门沙前缘侧向流整体向西。河口湾纵向净泥沙通量表现为北槽向海、西滩向陆,拦门沙滩顶及其前缘均向海;侧向净泥沙通量表现为滩顶及其前缘均向西,西滩向东、北槽向西。这种侧向泥沙辐聚过程是高浓度悬沙聚集于滩槽界面的重要原因,向陆净通量是西滩回淤的重要原因。滩槽间侧向余环流动量平衡主要是侧向斜压梯度力、科氏力和侧向平流作用。欧拉平流输运在侧向泥沙输运中起主要作用,潮泵效应也起重要作用。     

基于高光谱传感器的长江口表层悬浮泥沙质量浓度光谱曲线特征研究#br#

悬浮泥沙质量浓度（SSC）是我国河口水体研究的重要水质参数之一,遥感测定SSC是一种重要的方法。为了研究遥感光谱数据和表层悬浮泥沙质量浓度（SSSC）之间的定量梯度关系,本文采集了长江口南汇嘴附近的表层沉积物,定量设计了SSSC的梯度变化值,利用ASD高光谱仪对不同质量浓度含沙水体进行了光学特性测量。结果表明,随着SSSC的增加,水体的光谱反射率曲线具有相似的形态,但也存在一定的差异。当SSSC<36.59 mg/L时,光谱曲线仅在560～580 nm之间有1个反射峰;当SSSC>52.69 mg/L时,光谱曲线第一反射峰位于570～710 nm,并在近红外波段780～820 nm处出现第二反射峰。光谱曲线第一峰值区间存在明显的“红移”现象,且波长的“红移”变化与SSSC的线性拟合R²达到0.91,说明两者呈较强的线性相关性。在400～900 nm光谱范围内,600～860 nm波段对0～200 mg/L范围内的SSSC变化较敏感且比较稳定,740～900 nm波段对>200 mg/L的SSSC的变化具有更强的响应能力。